CN113296383A - 用于时计的竖直离合器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于时计的竖直离合器装置(1)，该竖直离合器装置沿竖直轴线(12)包括围绕竖直轴线(12)可旋转地安装的第一轮(3)、离合器盘(4)、弹簧(6)和围绕竖直轴线(12)可旋转地安装的第二轮(2)，竖直离合器装置(1)能够采用离合位置和脱离接合位置，在离合位置，第二轮(2)在弹簧(6)施加竖直力Fe以将离合器盘(4)压靠在第一轮(3)上的作用下由第一轮(3)旋转，在脱离接合位置，离合器盘(4)克服弹簧(6)的作用而受到将其与第一轮(3)分离的竖直力Fd，使得第二轮(2)不由第一轮(3)旋转，竖直离合器装置(1)的特征在于，弹簧(6)由形状记忆合金制成。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于时计、更特别地用于计时器的竖直离合器装置。
背景技术
脱离接合装置用在钟表制造领域，尤其是用在计时器中。在计时器中，承载计时器指针的计时器轮经由离合器连接到秒轮。离合器可占据对应于计时器操作位置的离合位置和对应于计时器停止位置的脱离接合位置，在离合位置，计时器轮由秒轮驱动，在脱离接合位置，计时器轮不由秒轮驱动。在图1a和1b中分别示出了用于脱离接合位置和离合位置的部分示出的计时器机构8内的竖直离合器装置1的操作。离合器装置总体上包括在同一轴线上的第一轮3、第二轮2和离合器盘4。第一轮3是驱动元件，其连续旋转并与秒轮9接合。第二轮2与计时器轮10接合。离合器盘4与一对夹具5配合，夹具的打开和关闭由柱轮(未示出)控制。关闭夹具5则克服弹簧6的作用提升离合器盘4，如图1a中示意性地示出的。在该脱离接合位置，离合器盘4不与第一轮3接触，结果是第二轮2不被驱动。当打开夹具5时，离合器盘4在弹簧6的作用下压靠第一轮3 (图1b)。在该离合位置，第一轮3通过摩擦来驱动第二轮2。为了使摩擦足够，离合力Fe必须很高，也就是说，显著的预应力必须被施加到弹簧上。
根据现有技术，弹簧由例如钢的标准材料制成，其在进入塑性范围之前具有超过百分之几十的弹性性能。在操作中，弹簧必须在其弹性范围内工作以避免任何不可逆的变形。在该弹性范围内，弹簧具有线性性能，其返回力与位移成比例。图2典型地示出了在弹性范围内的力-位移曲线。离合力(Fe)通过施加在弹簧上的预应力(位移p)固定，而脱离接合力(Fd)通过使离合器盘与第一轮分离所需的位移(d)固定。实际上，弹簧在其弹性能力的极限下工作，因为其经受显著的预应力，在脱离接合时的位移期间具有塑性变形的风险。除了引起弹簧的不可逆变形的风险之外，这些大的变形引起弹簧的过早疲劳。此外，弹簧的性能在弹性范围内是线性的，离合力的任何增加都导致必须由夹具提供的脱离接合力的增加。
在所示的示例中，以足够的离合力Fe开始，使得离合器不滑动，即在示例中离合力为0.67N，离合器盘距离第一轮的距离d在示例中等于0.1 mm，需要1.5N的显著的力Fd来抵消弹簧返回力。通常，脱离接合力Fd因此是离合力Fe的两倍以上。
发明内容
本发明的目的是提供一种离合器装置，其针对脱离接合力提供最大的离合力，该脱离接合力继而被最小化。换句话说，本发明的目的是减小脱离接合力和离合力之间的比率。
为此，本发明提供了一种离合器装置，该离合器装置包括由形状记忆合金制成的弹簧，该弹簧由于其超弹性特性而在室温下被使用。由形状记忆合金制成的弹簧在弹性范围内具有非线性性能，应力在宽的变形范围内以几乎恒定的值达到峰值。这些超弹性特性和非线性性能允许根据所需的操作条件容易地调节脱离接合力和离合力。因此，当该机构脱离接合时，显著的预应力可以被施加到弹簧上，而没有进入塑性范围的风险。结果是，与现有技术的弹簧不同，弹簧不再被偏压到其弹性能力的极限，这使得弹簧在使用中的过早疲劳得以避免。此外，通过在应力且因此力以几乎恒定值达到峰值的范围内偏置弹簧，可使脱离接合力最小化。
根据本发明，弹簧可以被尺寸设计成在保持等效的脱离接合力的同时增加离合力，或者相反地，弹簧可以被尺寸设计成在保持等效的离合力的同时减小脱离接合力。有利地，脱离接合力和离合力之间的比率在1.1和2.0之间。
附图说明
在阅读了以下参考附图进行的详细描述之后，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。
图1a和1b示意性地示出离合器装置的操作，其中离合器装置在图1a中处于脱离接合位置，而在图1b中处于离合位置。这些附图涉及现有技术，但是它们也适用于根据本发明的离合器装置。
图2示出了用于根据现有技术的离合器装置中的标准合金的力-位移曲线。
图3示出了形状记忆合金的典型拉伸(应力-变形)曲线。
图4示出了用于根据本发明的离合器装置中的形状记忆Ni-Ti合金的拉伸曲线。
图5a示出了根据本发明的变型的弹簧的几何形状，该弹簧用在根据本发明的离合器装置中。图5b使用平面图示出了第二轮、计时器轴的套筒和弹簧的相应尺寸。
图6示出了具有图4的机械特性和图5a和5b的几何形状的弹簧的力-位移曲线。
图7示出了根据本发明的设置有计时器机构的手表。
具体实施方式
本发明涉及一种离合器装置，其包括由形状记忆合金制成的弹簧。更具体地，本发明涉及一种用于为时计11(图7)装备计时器机构8的离合器装置。
根据本发明，利用形状记忆合金的超弹性特性来减小离合力和脱离接合力之间的差异。图3示出了形状记忆合金的超弹性性能，该形状记忆合金在室温下具有奥氏体结构，该奥氏体结构在施加应力σ的情况下转变成马氏体，这允许材料以可逆的方式变形几个百分比。拉伸曲线首先具有直到临界应力的线性弹性性能，其中马氏体转变在几乎恒定的应力下随着增加的变形引起超弹性性能。这是图3中看到的平稳段。一旦释放应力，就发生从马氏体到奥氏体的逆转变，并且合金返回到其原始尺寸。因此，与诸如钢的传统材料不同，由这种材料制成的弹簧允许根据位移获得应力且因此获得力，该力不是成比例的，而是在曲线的平稳段上的一定值处达到峰值。
优选地，根据本发明的形状记忆合金是铜基合金或镍钛基合金。铜基合金是具有以下重量百分比组成的合金中的一者，对于100%的总百分比以及小于或等于0.5%的可能杂质的百分比：
-Cu在64.5-85%之间，Zn在9.5-25%之间，以及Al在4.5-10%之间，
-Cu在79.5-84%之间，Al在12.5-14%之间，Ni在2.5-6%之间，
-Cu在87-88%之间，Al在11-12%之间，Be在0.3-0.7%之间。
对于100%的总百分比以及小于或等于0.5%的可能杂质的百分比，该镍钛基合金由重量百分比在52.5-63%之间的镍和重量百分比在36.5-47%之间的钛组成。
该合金在室温下在无应力下具有奥氏体微结构。
优选地，弹簧6包括中心环形部分6a和从所述中心环形部分6a开始的多个凸片6b，如图5a所示。例如，凸片的数量可以是3。通常，弹簧的厚度在0.05和0.4 mm之间。优选地，如图1a和1b示意性地示出的，凸片6b相对于由中心环形部分6a限定的平面倾斜。根据在离合位置(图1b)施加到凸片上的预应力的水平，凸片相对于环形部件的平面更多或更少地倾斜。
弹簧6布置在离合器装置1内，如先前参考图1a和1b所述，所述离合器装置具有离合器盘4、第一轮3和第二轮2。
从形状记忆合金材料的应力-变形曲线开始，弹簧的尺寸设计（即，凸片的数量、每个凸片的有效长度和凸片的截面）将限定由这种材料制成的弹簧的相应的力-位移曲线，如图6中的虚线示意性地示出的。在使用中，弹簧被尺寸设计成以在磁滞的上轴承上的脱离接合力Fd和以在磁滞的下轴承上的离合力Fe工作。注意，磁滞的形状可以根据为形状记忆合金选择的阴影而变化。因此，上轴承和下轴承上的力可以根据所选择的阴影而更多或更少地保持恒定。
弹簧以预压紧/预应力模式操作，其中弹簧变形、并且有利地弹簧的凸片变形，这限定了下轴承上的离合力Fe。因此，可以根据施加在弹簧上的预应力来调节离合力。由于材料是超弹性的，因此可以施加显著的预应力而没有使弹簧塑性变形的风险。此外，脱离接合力Fd可以根据避免离合器盘和第一轮之间的任何接触所需的最小位移d来调节。
根据本发明，脱离接合力和离合力之间的比率被最小化并且在1.1和2.0之间，优选地在1.3和1.6之间。以绝对值来表述，对于在离合位置和脱离接合位置之间的在0.05和0.3 mm之间的竖直位移d，竖直力Fd在1和3N之间，竖直力Fe在0.5和2N之间，Fd大于Fe。定义使用中的弹簧的非线性超弹性性能的另一方式是根据其在变形期间不恒定的刚度来表征它。因此，参考图6，将轴线X-Y的原点连接到点(Fe，p)的直线的斜率大于将轴线X-Y的原点连接到点(Fd，p + d)的直线的斜率。换句话说，角度α2大于角度α1。
最后，本发明通过使用示例和图4-6进行说明。图4示出了具有上述组成的形状记忆镍钛基合金的机械特性。图6示出了由该合金制成并具有图5a中给出的尺寸的弹簧的相应的力-位移曲线。该弹簧具有0.2 mm的厚度，并且包括长度为0.85 mm、宽度为0.06 mm的三个凸片。在插入计时器轴的套筒7和第二轮2之间之后，每个凸片的有效长度为大约0.5mm (图5b)。
为了与图2中的操作条件相当，在相同的脱离接合行程d为0.1 mm的情况下，选择1.5N的脱离接合力Fd。对于这些值Fd和d，离合力Fe可以最大为1.05N，对应于0.15 mm的预应力距离p，相比之下，离合力对于钢来说为0.67N，这确保离合器不滑动。因此，可以有利地增加离合力而不增加脱离接合力，同时保持相同的脱离接合行程。因此，脱离接合力与离合力的比率等于1.4，而对于钢来说比率为2.2。
对于具有图2的线性性能的钢来说，将离合力增加直到1.05N将需要在弹簧上的显著的预应力P，结果是导致脱离接合力明显大于1.5N，这将导致弹簧的塑性变形。
参考图6中的曲线，还值得考虑的是，施加小于0.15 mm的预应力位移p，对于在脱离接合期间的相同位移d，这导致小于1.5 N的脱离接合力。
附图标记列表
1 竖直离合器装置
2 第二运动件，也称为第二轮
3 第一运动件，也称为第一轮
4 离合器盘
5 夹具
6 弹簧
6a 中心环形部分
6b 凸片
7 计时器轴的套筒
8 计时器机构
9 秒轮
10 计时器轮
11 手表或时计
12 竖直轴线
13 首饰
14 中心轴线
Fe 离合力
Fd 脱离接合力
d 脱离接合距离
P 用于预压紧弹簧的位移。
Claims (14)
1.一种用于时计的竖直离合器装置(1)，所述竖直离合器装置沿竖直轴线(12)包括绕所述竖直轴线(12)可旋转地安装的第一轮(3)、离合器盘(4)、弹簧(6)和绕所述竖直轴线(12)可旋转地安装的第二轮(2)，所述竖直离合器装置(1)能够采用离合位置和脱离接合位置，在所述离合位置，所述第二轮(2)在弹簧(6)施加竖直力Fe以将所述离合器盘(4)压靠在所述第一轮(3)上的作用下由所述第一轮(3)旋转，在所述脱离接合位置，所述离合器盘(4)克服所述弹簧(6)的作用而受到将其与所述第一轮(3)分离的竖直力Fd从而使得所述第二轮(2)不由所述第一轮(3)旋转，所述竖直离合器装置(1)的特征在于，所述弹簧(6)由形状记忆合金制成。
2.根据权利要求1所述的竖直离合器装置(1)，其特征在于，所述形状记忆合金是铜基合金或镍钛基合金。
3.根据权利要求2所述的竖直离合器装置(1)，其特征在于，所述铜基合金是具有以下重量百分比组成的合金中的一者，对于100%的总百分比以及小于或等于0.5%的可能杂质的百分比：
-Cu在64.5-85%之间，Zn在9.5-25%之间，以及Al在4.5-10%之间，
-Cu在79.5-84%之间，Al在12.5-14%之间，Ni在2.5-6%之间，
-Cu在87-88%之间，Al在11-12%之间，Be在0.3-0.7%之间。
4.根据权利要求2所述的竖直离合器装置(1)，其特征在于，所述形状记忆合金是镍钛基合金，对于100%的总百分比以及小于或等于0.5%的可能杂质的百分比，所述镍钛基合金由重量百分比在52.5-63%之间的镍和重量百分比在36.5-47%之间的钛组成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的竖直离合器装置(1)，其特征在于，所述形状记忆合金在室温下具有奥氏体微结构，从而赋予其在所述室温下的超弹性特性。
6.根据前述权利要求中任一项所述的竖直离合器装置(1)，其特征在于，所述竖直离合器装置被尺寸设计成在使用中具有在竖直力Fd与竖直力Fe之间的在1.1与2.0之间的比率。
7.根据前述权利要求中任一项所述的竖直离合器装置(1)，其特征在于，所述竖直离合器装置被尺寸设计成在使用中具有在竖直力Fd与竖直力Fe之间的在1.3与1.6之间的比率。
8.根据权利要求6或7所述的竖直离合器装置(1)，其特征在于，所述竖直力Fd在1N与3N之间，并且特征在于，对于在所述离合位置与所述脱离接合位置之间的在0.05 mm与0.3 mm之间的竖直位移d，所述竖直力Fe在0.5N与2N之间，所述竖直力Fd大于所述竖直力Fe。
9.根据前述权利要求中任一项所述的竖直离合器装置(1)，其特征在于，所述弹簧(6)包括中心环形部分(6a)和从所述中心环形部分(6a)开始的多个凸片(6b)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的竖直离合器装置(1)，其特征在于，所述弹簧(6)的厚度在0.05 mm与0.4 mm之间。
11.根据前述权利要求中任一项所述的竖直离合器装置(1)，其特征在于，在所述弹簧(6)的力-位移曲线上，在力限定轴线Y并且位移限定轴线X的情况下，将轴线X-Y的原点连接到竖直力Fe的直线相对于轴线X的角度α2大于将轴线X-Y的原点连接到竖直力Fd的直线相对于轴线X的角度α1。
12.一种计时器机构(8)，其特征在于，其包括根据前述权利要求中任一项所述的竖直离合器装置(1)。
13.一种手表(11)，其特征在于，其包括根据权利要求12所述的计时器机构(8)。
14.由形状记忆合金制成的弹簧(6)由于其在室温下具有超弹性特性而用在时计的竖直离合器装置(1)中的用途。
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